引言

整體葉輪是航空發(fā)動機以及各類透平機械的關(guān)鍵部件,廣泛應(yīng)用于航空、汽車、能源等領(lǐng)域,是影響相關(guān)產(chǎn)品工作性能的主要零件。整體葉輪造型較為規(guī)范,具有葉片薄、葉片間隔小、扭曲大的特點,是典型的難加工零件。當(dāng)前,整體葉輪數(shù)控加工使用通用的CAD/CAM軟件進行數(shù)控程序編制,并通過內(nèi)置的刀具軌跡仿真功能進行刀具軌跡干涉驗證。但刀具軌跡仿真不能檢測加工系統(tǒng)的碰撞干涉問題,也無法反映NC代碼中存在的錯誤,也就無法保證NC代碼的準確性及數(shù)控加工過程的安全性。

&VERICUT是專業(yè)的數(shù)控加工仿真和優(yōu)化軟件,基于&VERICUT可真實模擬機床的實際加工過程,從而在虛擬環(huán)境下快速預(yù)測NC代碼中可能存在的加工系統(tǒng)干涉、碰撞等問題?；诖?本文將NⅩ-CAM與&VERICUT軟件有機集成,為整體葉輪的數(shù)控加工與仿真提供系統(tǒng)解決方案,以提高整體葉輪的加工質(zhì)量和效率。

1基于Nx一CAM的整體葉輪數(shù)控加工自動編程

1.1整體葉輪數(shù)控加工工藝規(guī)劃

本文加工的整體葉輪共十組葉片,每組包含一個大葉片和一個分流葉片,葉輪直徑137mm,高69.3mm,葉片最寬處1.27mm,相鄰葉片最窄處距離4mm,材料為鋁合金2C12-T4,毛坯為擠壓棒材。

通過分析整體葉輪結(jié)構(gòu),選擇五軸數(shù)控機床加工,分為粗加工和精加工兩個加工階段。粗加工階段進行大量多余材料的快速去除,完成整體葉輪大致外形加工。精加工分為流道面精加工和葉片精加工,葉片根部圓角由精加工刀具圓角保證。

基于以上分析,制定整體葉輪數(shù)控加工工藝路線:開粗一流道面精加工一大葉片精加工一分流葉片精加工一流道面邊緣型面加工。

1.2刀具選擇

根據(jù)整體葉輪的幾何結(jié)構(gòu)及尺寸,選擇錐度球頭銑刀。刀具參數(shù)設(shè)置如下:(1)錐度球頭銑刀R2×80mm,刃長30mm,錐角43,用于開粗:(2)錐度球頭銑刀R1.5×80mm,刃長30mm,錐角43,用于精加工:(3)平底銑刀小8×80mm,刃長30mm,底部圓角R1,用于流道面邊緣型面加工。

1.3數(shù)控加工編程及后處理

NⅩ-CAM中的多軸葉片銑削加工(millmultiblade)是專用的整體葉輪、葉片類零件數(shù)控加工編程模塊,在該模塊中完成數(shù)控加工工藝方案及刀具參數(shù)的設(shè)置,系統(tǒng)自動生成數(shù)控加工刀具軌跡,再通過NⅩ-CAM系統(tǒng)自帶的后置處理器(本文選用HEIDENHCINiTNx530控制系統(tǒng)),將刀具軌跡自動轉(zhuǎn)化為能被機床控制系統(tǒng)所識別的NC代碼。

2基于VER1CUT的整體葉輪數(shù)控加工仿真

2.1M1MRKoNHMS00ULP五軸仿真機床構(gòu)建

(1)定義機床運動結(jié)構(gòu):本文所選的MIKRoNHsM600ULP五軸數(shù)控機床包含兩條傳動鏈。主軸傳動鏈由主軸連帶刀具附著于立柱上沿Z軸做直線移動,且該運動組件附著于機床基體上沿Y軸做直線移動,根據(jù)此運動關(guān)系,依次添加Base-Y-Z-spindle。毛坯進給傳動鏈中,以C軸為中心轉(zhuǎn)動的工作臺用于毛坯的安裝,同時該組件也可以進行以B軸為中心的轉(zhuǎn)動和沿X軸的直線移動,依據(jù)此運動關(guān)系,依次添加Base-x-B-C。至此,就完成了機床運動結(jié)構(gòu)的定義。

(2)添加機床組件幾何模型:在Nx8.5環(huán)境中按照實際尺寸繪制各機床組件模

型,然后將其導(dǎo)出為sTL格式的模型文件,之后根據(jù)機床的運動結(jié)構(gòu)關(guān)系,將其導(dǎo)入VER1CUT中完成裝配,實現(xiàn)虛擬機床實體模型的構(gòu)建。

(3)機床參數(shù)設(shè)置:完成機床模型構(gòu)建后,需對仿真機床進行參數(shù)設(shè)置,使其與實際加工過程中所用機床參數(shù)相匹配。在VER1CUT軟件中需對仿真機床坐標系位置、機床行程、干涉檢查等進行設(shè)置,其中機床坐標系位置設(shè)置為"Y375Z520",機床行程范圍設(shè)置為X(-480,320),Y(-300,300),Z(-520,0),B(-30,110),C(0,360):干涉檢查設(shè)置Z軸和B軸的碰撞檢測條件為臨界間隙2.5,避免主軸和工作臺的碰撞。

(4)數(shù)控系統(tǒng)加載:完成仿真機床運動關(guān)系構(gòu)建、建模和參數(shù)設(shè)定后,需要配置控制系統(tǒng)以實現(xiàn)仿真機床的加工運動,VER1CUT軟件支持控制系統(tǒng)的自定義功能,也提供常見的機床控制系統(tǒng)文件。本文所用機床控制系統(tǒng)為HE1DENHA1NiTNC530,可以從VER1CUT軟件控制系統(tǒng)文件數(shù)據(jù)庫中加載該控制系統(tǒng)文件。

2.2整體葉輪數(shù)控加工過程仿真

完成仿真機床構(gòu)建后,還需添加數(shù)控加工仿真所必須的夾具、刀具、毛坯和零件模型、NC代碼等,操作步驟如下:

(1)在項目樹的Fixture、stock和Design節(jié)點下分別導(dǎo)入夾具、毛坯和設(shè)計模型:

(2)按照數(shù)控編程時所選刀具參數(shù),在項目樹"加工刀具"節(jié)點添加本次數(shù)控加工仿真所需的刀具:

(3)按照數(shù)控編程要求,在項目樹"坐標系統(tǒng)"節(jié)點下添加編程坐標系PRoGARMZERo,本文中編程坐標系位置為毛坯模型頂端中心:

(4)在項目樹"G-代碼偏置"節(jié)點設(shè)置工作偏置,在"偏置"下拉菜單中選擇"程序零點","選擇從/到定位"選項中設(shè)置到加工坐標系PRoGARMZERo:

(5)在項目樹"數(shù)控程序"節(jié)點導(dǎo)入本次數(shù)控加工所需的NC代碼,本文中NC代碼由NxCAM編制,由專用后處理程序輸出:

(6)在項目樹"工位"一"G-代碼"設(shè)置界面中設(shè)置編程方法為"刀尖":

(7)重置仿真環(huán)境后啟動數(shù)控加工仿真過程,仿真結(jié)果如圖1所示。

2.3仿真結(jié)果分析

整體葉輪全要素數(shù)控加工仿真過程運行結(jié)束后,VER1CUT數(shù)控加工仿真軟件會對仿真過程中出現(xiàn)的程序語法錯誤和碰撞等進行報警提示。經(jīng)分析,發(fā)現(xiàn)在開粗過程中存在切傷夾具表面的問題:通過分析自動比較結(jié)果,發(fā)現(xiàn)流道表面部分位置有過切。之后通過數(shù)控程序復(fù)查定位問題發(fā)生的程序段位置,調(diào)整并重新仿真后問題得到解決。

3結(jié)語

本文基于NxCAM軟件中的葉輪加工模塊完成了整體葉輪的刀軌生成及后置處理,并輸出NC代碼,之后基于VER1CUT數(shù)控加工仿真軟件構(gòu)建了M1KRoNHsM600ULP五軸仿真機床,在此基礎(chǔ)上配置整體葉輪全要素數(shù)控加工仿真環(huán)境,完成了整體葉輪全要素數(shù)控加工仿真過程,通過仿真提前發(fā)現(xiàn)了加工過程中的切傷夾具表面和流道面過切問題,并加以修正,檢驗了NC代碼的準確性,有效提升了NC代碼檢驗的效率和數(shù)控加工過程的安全性,從而縮短了生產(chǎn)周期,降低了成本。